基于OBC四分量地震数据的三参数弹性波反射波形反演方法与应用研究

OBC survey is becoming a crucial technique in marine oil and gas exploration, developing and monitoring. Reflection waveform inversion is capable of constructing the highest resolution velocity model, especially the medium and deep part. However, the conventional RWI procedure to deal with OBC data is always based on acoustic assumption and the rest three velocity components, which contain abundant information related to the subsurface structure, lithology and fluid, are leaving unused. To fully use 4C OBC seismic data, elastic reflection waveform inversion (ERWI) is required. But there are two main disadvantages in recent ERWI methods: density variation is neglected and all the parameters perturbation is assumed to be represented by the PP image. These unreasonable assumptions surely cause wrong inversion results. Based on acoustic-elastic coupled wave equation and taking Vp, Vs and density variation into consideration, this study is aiming to develop ERWI methods based on reflection traveltime or waveform information to construct the low wavenumber or medium components of the subsurface velocity models to deal with 4C OBC data. Finally, an improved 4C OBC data based EFWI method is developed to recover the high wavenumber component of the subsurface velocity and density models. By this study, a completely velocity and density model construction procedure shall be established to deal with 4C OBC data in oil and gas exploration, developing and monitoring.

海底电缆地震勘探（OBC）已经成为海上油气勘探、开发和监控的重要地球物理手段。当前理论上对中深部成像精度最高的反射波波形反演（RWI）应用于OBC数据时，基本上是基于声波假设而仅仅利用压力分量，包含丰富地下构造、岩性、流体信息的三个速度分量并未得到充分利用。而目前仅有的两篇弹性波RWI（ERWI）文献，一是没有考虑密度的变化，二是用逆时偏移PP波的像作为地下所有物性参数的摄动，这些不合理的假设会造成错误的反演结果。本课题拟在声弹耦合方程框架下，在考虑三参数摄动的弹性波反偏移预测反射波的基础上，发展基于4C OBC数据反射波走时和波形的ERWI方法，以分别反演中深层纵横波速度的低、中波数成分。在此基础上，完善基于4C OBC数据的EFWI反演方法，以重建地下纵横波速度和密度的高波数成分，从而解决利用海底4C OBC地震数据进行海上油气勘探、开发和监控中的地下纵横波速度和密度参数的反演问题。

围绕海底OBS以及海面拖缆地震数据的反演和成像，项目发展了一系列的新方法，包括：海底四分量地震数据的全波形反演地下多参数建模方法、利用OBS数据与拖缆地震数据联合进行海底多参数建模方法、基于声弹耦合方程只利用拖缆数据进行海底多参数建模的方法、利用单频的基于波动方程的初至波走时的速度反演方法、利用单频的基于波动方程初至波的VTI介质走时的多参数反演方法、利用单频的基于波动方程的反射波走时的速度反演方法、基于特征反射面的波动方程反射波走时速度建模方法、基于波动方程的二维和三维初至波走时、包络及波形联合反演方法、高效的频率域波动方程初至波走时的Gauss–Newton反演方法、改进的伴随状态法初至波走时层析成像方法、散射波积分方程的Adomian分解解法、在较大的速度误差情况下的最小二乘逆时偏移成像方法，等等。在发展的这些方法技术中，利用的地震数据信息从地震波的走时、包络到地震波形，基于的正问题从程函方程、声波方程、到弹性波方程以及声弹耦合方程，反演建模参数从纵波速度到横波速度以及介质的各向异性参数，为地球内部结构反演和油气勘探研究提供多种有效的方法技术工具。